CN104712415B - 具有涡轮增压器的发动机系统 - Google Patents

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Abstract

一种具有涡轮增压器的发动机系统，可以包括：汽缸盖，在所述汽缸盖处可以设置进气歧管和排气歧管；涡轮增压器，所述涡轮增压器可以连接至排气歧管；进气管线，所述进气管线在所述涡轮增压器和所述进气歧管之间形成从而通过所述汽缸盖输送通过所述涡轮增压器压缩的压缩空气；中间冷却器，所述中间冷却器设置成与所述进气歧管相邻从而冷却通过所述进气管线供应的所述压缩空气；废气再循环EGR管线，所述废气再循环EGR管线连接所述排气歧管和所述进气歧管，通过所述汽缸盖将所述废气再循环至所述进气歧管；以及EGR冷却器，所述EGR冷却器设置成与所述进气歧管相邻，其中从低温散热器供应的低温冷却剂穿过汽缸盖以冷却穿过所述汽缸盖的压缩空气和EGR气体。

Description

具有涡轮增压器的发动机系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年12月11日提交的韩国专利申请No.10-2013-0154198的优先权及权益，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及具有涡轮增压器的发动机系统，所述发动机系统使用涡轮增压器改进在低速区间中的输出，并且改进燃烧效率和废气的质量。
背景技术
通常地，已知柴油发动机相比于汽油发动机消耗更少的燃料并且具有出色的效率。通常地，柴油发动机具有约40％的效率，这源自柴油发动机的高压缩比。
近来的发动机额外具有涡轮增压器、中间冷却器等，从而获得更高的输出。
如上所述的应用涡轮增压器的发动机使用涡轮增压器的压缩机吸入并且压缩废气或外部空气，并且将通过涡轮增压器产生的增压空气(高温压缩空气)供应至发动机侧。
然而，迅速压缩的空气吸收来自涡轮增压器的热和在压缩过程中产生的热，使得空气的密度降低，因此发动机的燃烧室中的充气效率劣化。
因此，可以通过使用中间冷却器冷却增压空气来获得高密度，因此更大量的空气可以被吸入发动机的燃烧室，从而获得高输出。
同时，中间冷却器安装在进气管线的中间，并且从中间冷却器至进气歧管形成的进气管线增加使得响应能力可能劣化，并且中间冷却器的效率可能劣化。此外，由于中间冷却器与废气再循环(EGR)冷却器一起安装，冷却负载增加使得总冷却效率和性能可能劣化。
图9为具有中间冷却器的发动机的示意图。参考图9，入口导管900连接至中间冷却器135的一侧，并且出口导管905连接至中间冷却器135的另一侧。
进入气体经过入口导管900、中间冷却器135和出口导管905从而被供应至发动机的燃烧室，进入气体通过穿过中间冷却器135的外部空气冷却。同时，进入气体被外部空气冷却，冷却性能可能劣化。
公开于本发明的背景部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面致力于提供具有涡轮增压器的发动机系统，所述发动机系统稳定地冷却通过涡轮增压器压缩的高温压缩空气，减小水冷却中间冷却器的容量，改进涡轮增压器的响应能力，并且稳定地冷却EGR气体，从而同时改进冷却效率和性能。
在本发明的一个方面中，一种具有涡轮增压器的发动机系统可以包括：汽缸盖，在所述汽缸盖处设置进气歧管和排气歧管；涡轮增压器，所述涡轮增压器连接至所述排气歧管并且使用从所述排气歧管排放的废气压缩进入空气；进气管线，所述进气管线形成在所述涡轮增压器和所述进气歧管之间从而通过所述汽缸盖输送通过所述涡轮增压器压缩的压缩空气；中间冷却器，所述中间冷却器设置成与所述进气歧管相邻从而冷却通过所述进气管线供应的所述压缩空气；废气再循环(EGR)管线，所述废气再循环(EGR)管线连接所述排气歧管和所述进气歧管并且通过所述汽缸盖将从所述排气歧管排放的所述废气再循环至所述进气歧管；和EGR冷却器，所述EGR冷却器设置成与所述进气歧管相邻从而接收来自所述EGR管线的EGR气体并且冷却所述EGR气体，其中从低温散热器供应的低温冷却剂穿过所述汽缸盖并且冷却穿过所述汽缸盖的所述压缩空气和所述EGR气体。
从所述低温散热器供应的所述低温冷却剂独立于用于冷却所述汽缸盖的发动机冷却剂循环通过冷却剂管线。
从所述低温散热器供应的所述低温冷却剂穿过的所述冷却剂管线穿过所述汽缸盖从而冷却在所述进气管线中的穿过所述汽缸盖的所述压缩空气以及EGR气体，然后依次穿过所述中间冷却器和所述EGR冷却器，并且循环通过所述低温散热器和冷却剂泵。
从所述低温散热器供应的所述低温冷却剂穿过的所述冷却剂管线穿过所述汽缸盖从而冷却在所述进气管线中的穿过所述汽缸盖的所述压缩空气以及EGR气体，然后依次穿过所述EGR冷却器和所述中间冷却器，并且循环通过所述低温散热器和冷却剂泵。
从所述低温散热器供应的所述低温冷却剂穿过的所述冷却剂管线穿过所述中间冷却器和所述EGR冷却器，然后穿过所述汽缸盖从而冷却穿过所述汽缸盖的所述压缩空气和所述EGR气体，并且循环通过冷却剂泵和低温散热器。
所述中间冷却器和所述EGR冷却器联接至所述进气歧管。
所述中间冷却器和所述EGR冷却器彼此联接。
通过所述EGR冷却器冷却的所述EGR气体与通过所述中间冷却器冷却的所述进入空气在进气歧管中混合。
所述EGR冷却器和所述中间冷却器在所述进入空气穿过所述中间冷却器的流动方向上依次串联设置。
所述EGR冷却器和所述中间冷却器与所述进入空气穿过所述中间冷却器的流动方向并排且平行地设置。
穿过所述汽缸盖的压缩空气通道以圆柱体形状形成从而对应于所述进气管线，其中穿过所述汽缸盖的EGR气体通道以圆柱体形状形成从而对应于所述EGR管线，并且其中从所述低温散热器供应的所述低温冷却剂穿过的低温冷却剂通道在所述压缩空气通道和所述EGR气体通道的外围处形成。
根据本发明的示例性实施方案，由于进气管线穿透汽缸盖而不是偏离汽缸盖而形成，进气管线的长度缩短，并且压缩空气首先被穿过汽缸盖的低温冷却剂冷却，因此减小了中间冷却器的负载和容量。
此外，由于EGR管线穿透汽缸盖而不是偏离汽缸盖而形成，EGR管线的长度缩短，并且EGR气体首先被穿过汽缸盖的低温冷却剂冷却，因此减小了EGR冷却器的负载和容量。
此外，EGR冷却器、中间冷却器和进气歧管联接，使得循环通过EGR冷却器、中间冷却器和进气歧管的冷却剂管线长度缩短，改进了总冷却效率，减少了元件数目并且改进了生产率。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体描述，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
附图说明
图1为根据本发明的各个示例性实施方案的具有涡轮增压器的发动机系统的构造示意图。
图2为根据本发明的各个示例性实施方案的具有涡轮增压器的发动机系统的局部横截面图。
图3为根据本发明的各个示例性实施方案的具有涡轮增压器的发动机系统的构造示意图。
图4为根据本发明的各个示例性实施方案的具有涡轮增压器的发动机系统的局部立体图。
图5为根据本发明的各个示例性实施方案的具有涡轮增压器的发动机系统的局部俯视图。
图6为根据本发明的各个示例性实施方案的具有涡轮增压器的发动机系统的构造示意图。
图7为根据本发明的各个示例性实施方案的具有涡轮增压器的发动机系统的构造示意图。
图8为根据本发明的示例性实施方案的具有涡轮增压器的发动机系统的局部立体图。
图9为具有中间冷却器的发动机的示意图。
应当了解，所附附图并非按比例地绘制，显示了说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
在这些图中，贯穿附图的多幅图，附图标记涉及本发明的相同或等同的部分。
具体实施方式
下面将详细参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，应当理解本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
下面将参考附图对本发明的示例性实施方案进行详细描述。
图1为根据本发明的第一示例性实施方案的具有涡轮增压器的发动机系统的构造示意图。
参考图1，具有涡轮增压器的发动机系统包括具有涡轮102和压缩机104的涡轮增压器100、排气管线110、排气歧管115、汽缸盖120、进气歧管125、EGR冷却器130、中间冷却器135、低温散热器140、冷却剂管线160、冷却剂泵145、进气管线150和EGR管线155。
通过压缩机104压缩的压缩空气通过进气管线150供应至中间冷却器135、进气歧管125、汽缸盖120的燃烧室，并且在燃烧室中燃烧的燃烧气体通过排气歧管115、涡轮102和排气管线110排出至外部。
EGR管线155形成为将EGR气体从排气歧管115再循环至EGR冷却器130。中间冷却器135和EGR冷却器130在进入空气流动的方向上串联设置。
也即，进入空气依次穿过中间冷却器135和EGR冷却器130，并且进入空气和EGR空气在中间冷却器135的后端部处混合。
穿过进气管线150的压缩空气通过汽缸盖120供应至中间冷却器135，并且穿过EGR管线的EGR气体也通过汽缸盖120供应至EGR冷却器130。
冷却剂管线160冷却压缩空气和EGR气体，所述压缩空气和EGR气体穿过汽缸盖120同时经过汽缸盖120的一侧，并且冷却剂在经过中间冷却器135和EGR冷却器130之后循环通过低温散热器140和冷却剂泵145。
图2为根据本发明的第一示例性实施方案的具有涡轮增压器的发动机系统的局部横截面图。
参考图2，压缩空气通道200在汽缸盖120中形成，通过涡轮增压器100的压缩机104压缩的压缩空气穿过压缩空气通道200，并且EGR气体通道220在汽缸盖120中形成，从排气歧管115至EGR冷却器130形成的EGR管线155中的EGR气体穿过EGR气体通道220。
压缩空气通道200和EGR气体通道220形成为彼此相邻，并且低温冷却剂通道210沿着压缩空气通道200和EGR气体通道220的外周形成，低温冷却剂穿过低温冷却剂通道210。
在本发明的示例性实施方案中，低温冷却剂沿着分开的冷却剂管线独立于冷却汽缸盖120的发动机冷却剂流动，并且发动机冷却剂沿着发动机冷却剂管线流动。
此外，在本发明的示例性实施方案中，压缩空气和EGR气体通过低温冷却剂冷却同时穿过汽缸盖120，并且再次通过中间冷却器135和EGR冷却器130冷却，因此改进冷却效率，并且降低中间冷却器135和EGR冷却器130的冷却负载。
图3为根据本发明的第二示例性实施方案的具有涡轮增压器的发动机系统的构造示意图。将参考图3描述不同于图1中所示元件的元件，但是将省略与图1中所示元件相同或相似的元件的描述。
参考图3，中间冷却器135和EGR冷却器130基于进入空气穿过中间冷却器135的流动方向并排且平行地设置。然而，低温冷却剂依次穿过中间冷却器135和EGR冷却器130。也即，低温冷却剂穿过中间冷却器135，然后穿过EGR冷却器130。
图4为根据本发明的第二示例性实施方案的具有涡轮增压器的发动机系统的局部立体图。
参考图4，中间冷却器135和EGR冷却器130通过间隔壁400彼此联接，并且也联接至进气歧管125。因此，穿过中间冷却器135的进入空气直接供应至进气歧管125，穿过EGR冷却器130的EGR气体通过EGR管线155直接供应至进气歧管125。
图5为根据本发明的第二示例性实施方案的具有涡轮增压器的发动机系统的局部俯视图。
参考图5，穿过中间冷却器135的进入空气和穿过EGR冷却器130和EGR管线155的EGR气体在进气歧管125中混合，并且供应至燃烧室。
图6为根据本发明的第三示例性实施方案的具有涡轮增压器的发动机系统的构造示意图。将参考图6描述不同于图3中所示元件的元件，但是将省略与图3中所示元件相同或相似的元件的描述。
参考图6，中间冷却器135和EGR冷却器130基于进入空气穿过中间冷却器135的流动方向并排且平行地设置。然而，低温冷却剂依次穿过EGR冷却器130和中间冷却器135。也即，低温冷却剂穿过EGR冷却器130，然后穿过中间冷却器135。
图7为根据本发明的第四示例性实施方案的具有涡轮增压器的发动机系统的构造示意图。将参考图7描述不同于图6中所示元件的元件，但是将省略与图6中所示元件相同或相似的元件的描述。
参考图7，中间冷却器135和EGR冷却器130基于进入空气穿过中间冷却器135的流动方向并排且平行地设置。
此外，低温冷却剂依次循环通过低温散热器140、中间冷却器135、EGR冷却器130、汽缸盖120和冷却剂泵145。
图8为根据本发明的示例性实施方案的具有涡轮增压器的发动机系统的局部立体图。
参考图8，排气歧管115设置在汽缸盖120的一侧处，并且涡轮增压器100设置成与排气歧管115相邻。
涡轮增压器100包括其中安装涡轮102的涡轮壳800，其中安装压缩机104的压缩机壳810，和控制流入涡轮102的废气的致动器820。
此外，进气管线150从涡轮增压器100至汽缸盖120形成，并且汽缸盖120和进气管线150通过连接凸缘830彼此紧固。
EGR管线155在进气管线150的下方形成，并且EGR管线155也通过凸缘紧固至汽缸盖120。因此，EGR管线155和进气管线150可以设计成设置在狭窄空间中，并且EGR管线155和进气管线150的流动路径的长度可以缩短。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”、“下”、“内”和“外”被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方案的特征。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导及其各种选择形式和修改形式，很多改变和变化都是可能的。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (9)

1.一种具有涡轮增压器的发动机系统，包括：
汽缸盖，在所述汽缸盖处设置进气歧管和排气歧管；
涡轮增压器，所述涡轮增压器连接至所述排气歧管并且使用从所述排气歧管排放的废气压缩进入空气；
进气管线，所述进气管线形成在所述涡轮增压器和所述进气歧管之间从而通过所述汽缸盖输送通过所述涡轮增压器压缩的压缩空气；
中间冷却器，所述中间冷却器设置成与所述进气歧管相邻从而冷却通过所述进气管线供应的所述压缩空气；
EGR管线，所述EGR管线连接所述排气歧管和所述进气歧管，并且通过所述汽缸盖将从所述排气歧管排放的废气再循环至所述进气歧管；以及
EGR冷却器，所述EGR冷却器设置成与所述进气歧管相邻从而接收来自所述EGR管线的EGR气体并且冷却EGR气体，
其中，从低温散热器供应的低温冷却剂穿过所述汽缸盖并且冷却穿过所述汽缸盖的压缩空气和EGR气体；
其中，从所述低温散热器供应的低温冷却剂独立于用于冷却所述汽缸盖的发动机冷却剂循环通过冷却剂管线；
其中，
从所述低温散热器供应的所述低温冷却剂穿过的冷却剂管线穿过所述汽缸盖从而冷却在所述进气管线中的穿过所述汽缸盖的压缩空气以及EGR气体，然后
依次穿过所述EGR冷却器和所述中间冷却器，并且循环通过所述低温散热器和冷却剂泵。
2.一种具有涡轮增压器的发动机系统，包括：
汽缸盖，在所述汽缸盖处设置进气歧管和排气歧管；
涡轮增压器，所述涡轮增压器连接至所述排气歧管并且使用从所述排气歧管排放的废气压缩进入空气；
进气管线，所述进气管线形成在所述涡轮增压器和所述进气歧管之间从而通过所述汽缸盖输送通过所述涡轮增压器压缩的压缩空气；
中间冷却器，所述中间冷却器设置成与所述进气歧管相邻从而冷却通过所述进气管线供应的所述压缩空气；
EGR管线，所述EGR管线连接所述排气歧管和所述进气歧管，并且通过所述汽缸盖将从所述排气歧管排放的废气再循环至所述进气歧管；以及
EGR冷却器，所述EGR冷却器设置成与所述进气歧管相邻从而接收来自所述EGR管线的EGR气体并且冷却EGR气体，
其中，从低温散热器供应的低温冷却剂穿过所述汽缸盖并且冷却穿过所述汽缸盖的压缩空气和EGR气体；
其中，从所述低温散热器供应的低温冷却剂独立于用于冷却所述汽缸盖的发动机冷却剂循环通过冷却剂管线；
其中，
从所述低温散热器供应的低温冷却剂穿过的冷却剂管线穿过所述汽缸盖从而冷却在所述进气管线中的穿过所述汽缸盖的压缩空气以及EGR气体，然后
依次穿过所述中间冷却器和所述EGR冷却器，并且循环通过所述低温散热器和冷却剂泵。
3.一种具有涡轮增压器的发动机系统，包括：
汽缸盖，在所述汽缸盖处设置进气歧管和排气歧管；
涡轮增压器，所述涡轮增压器连接至所述排气歧管并且使用从所述排气歧管排放的废气压缩进入空气；
进气管线，所述进气管线形成在所述涡轮增压器和所述进气歧管之间从而通过所述汽缸盖输送通过所述涡轮增压器压缩的压缩空气；
中间冷却器，所述中间冷却器设置成与所述进气歧管相邻从而冷却通过所述进气管线供应的所述压缩空气；
EGR管线，所述EGR管线连接所述排气歧管和所述进气歧管，并且通过所述汽缸盖将从所述排气歧管排放的废气再循环至所述进气歧管；以及
EGR冷却器，所述EGR冷却器设置成与所述进气歧管相邻从而接收来自所述EGR管线的EGR气体并且冷却EGR气体，
其中，从低温散热器供应的低温冷却剂穿过所述汽缸盖并且冷却穿过所述汽缸盖的压缩空气和EGR气体；
其中，从所述低温散热器供应的低温冷却剂独立于用于冷却所述汽缸盖的发动机冷却剂循环通过冷却剂管线；
其中，
从所述低温散热器供应的低温冷却剂穿过的冷却剂管线穿过所述中间冷却器和所述EGR冷却器，然后
穿过所述汽缸盖从而冷却穿过所述汽缸盖的压缩空气和EGR气体，并且循环通过冷却剂泵和低温散热器。
4.根据权利要求1、2和3中任一项所述的具有涡轮增压器的发动机系统，其中，所述中间冷却器和所述EGR冷却器联接至所述进气歧管。
5.根据权利要求4所述的具有涡轮增压器的发动机系统，其中，所述中间冷却器和所述EGR冷却器彼此联接。
6.根据权利要求4所述的具有涡轮增压器的发动机系统，其中，通过所述EGR冷却器冷却的EGR气体与通过所述中间冷却器冷却的进入空气在进气歧管中混合。
7.根据权利要求4所述的具有涡轮增压器的发动机系统，其中，所述EGR冷却器和所述中间冷却器在进入空气穿过所述中间冷却器的流动方向上依次串联设置。
8.根据权利要求4所述的具有涡轮增压器的发动机系统，其中，所述EGR冷却器和所述中间冷却器在所述进入空气穿过所述中间冷却器的流动方向上并排且平行地设置。
9.根据权利要求1、2和3中任一项所述的具有涡轮增压器的发动机系统，
其中，穿过所述汽缸盖的压缩空气通道以圆柱体形状形成从而对应于所述进气管线，
穿过所述汽缸盖的EGR气体通道以圆柱体形状形成从而对应于所述EGR管线，
从所述低温散热器供应的低温冷却剂穿过的低温冷却剂通道在所述压缩空气通道和所述EGR气体通道的外围处形成。
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